DE112021000823T5 - TRANSISTOR DRIVER CIRCUIT - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Transistor-Treiberschaltung bereitgestellt, die einen anzusteuernden Transistor ansteuert und eine Konfiguration aufweist, die eine Steuerung umfasst, der ein Steuern durchführt, um eine zeitliche Veränderung eines Schaltkreisparameters zu bewirken, die zu einer Anstiegszeit oder einer Abfallzeit des anzusteuernden Transistors beiträgt.A transistor driver circuit is provided that drives a transistor to be driven and has a configuration that includes a controller that performs controlling to cause a change in a circuit parameter over time that contributes to a rise time or a fall time of the transistor to be driven.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung, die in der vorliegenden Beschreibung offenbart wird, bezieht sich auf eine Transistor-Treiberschaltung.The invention disclosed in the present specification relates to a transistor driver circuit.
Stand der TechnikState of the art
Es ist allgemein bekannt, dass in einem Transistor wie einem MOSFET (einem MOS-Transistor) während des Schaltbetriebs des Transistors EMI-Rauschen (elektromagnetische Interferenz) aufgrund einer Hochfrequenzkomponente einer Ausgangsspannung (Vds (Drain-Source-Spannung) im Falle des MOSFET) des Transistors auftreten kann.It is well known that in a transistor such as a MOSFET (a MOS transistor), during the switching operation of the transistor, EMI (electromagnetic interference) noise due to a high-frequency component of an output voltage (Vds (drain-source voltage) in the case of the MOSFET) of the Transistor can occur.
Zu den bekannten Schalteigenschaften eines solchen Transistors gehören eine Anstiegszeit tr und eine Abfallzeit tf einer Ausgangsspannung des Transistors. Handelt es sich bei dem Transistor beispielsweise, wie in
Das EMI-Rauschen erhöht sich, wenn die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf kurz sind, und verringert sich, wenn die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf lang sind. Gleichzeitig wird der Schaltverlust reduziert, wenn die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf verringert werden, und erhöht, wenn die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf erhöht werden. Auf diese Weise stehen das EMI-Rauschen und die Schaltverluste (Verlustleistung) in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander.The EMI noise increases when the rise time tr and fall time tf are short, and decreases when the rise time tr and fall time tf are long. At the same time, the switching loss is reduced as the rise time tr and fall time tf are decreased, and increased as the rise time tr and fall time tf are increased. This balances EMI noise and switching losses (power dissipation).
Zitierlistecitation list
Patentliteraturpatent literature
Patentdokument 1:
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Technische AufgabeTechnical task
Patentdokument 1 offenbart eine Lasttreiber-Steuerungsvorrichtung, die sowohl das EMI-Rauschen als auch die Schaltverluste reduzieren soll. In dem oben beschriebenen Patentdokument 1 ist mit einer Eingangsseite eines Vor-Treibers (pre-driver), der einen NMOS-Transistor ansteuert, eine Kapazität verbunden und wird derart geladen oder entladen, dass eine Ausgangsspannung des Vor-Treibers variiert, und der NMOS-Transistor wird durch die Ausgangsspannung des Vor-Treibers ein- und ausgeschaltet, um lineare steigende und fallende Gradienten von Vds des NMOS-Transistors zu erhalten. Dementsprechend ist es möglich, die Verlustleistung zum Zeitpunkt des Ein-/Ausschaltens des NMOS-Transistors auf einen minimalen Verlustbetrag zu reduzieren, der für einen Hochfrequenzbereich, der für das EMI-Rauschen charakteristisch ist, erforderlich ist und somit den Schaltverlust sowie das EMI-Rauschen zu reduzieren.Patent Document 1 discloses a load drive control device intended to reduce both EMI noise and switching loss. In Patent Document 1 described above, a capacitance is connected to an input side of a pre-driver that drives an NMOS transistor, and is charged or discharged such that an output voltage of the pre-driver varies, and the NMOS Transistor is turned on and off by pre-driver output voltage to get linear rising and falling gradients of Vds of NMOS transistor. Accordingly, it is possible to reduce the power dissipation at the time of turning on/off the NMOS transistor to a minimum dissipation amount required for a high-frequency range characteristic of EMI noise and hence switching loss and EMI noise to reduce.
Das oben beschriebene Patentdokument 1 hat jedoch den Nachteil, dass die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf des Transistors jeweils zeitlich derart gleichförmig auftreten, dass der erzielte Effekt der Verringerung des EMI-Rauschens und der Schaltverluste unzureichend sein könnte.However, Patent Document 1 described above has a disadvantage that the rise time tr and the fall time tf of the transistor each occur uniformly in time, so the achieved effect of reducing EMI noise and switching loss may be insufficient.
In Anbetracht der oben beschriebenen Umstände besteht eine Aufgabe der in der vorliegenden Beschreibung offengelegten Erfindung darin, eine Transistor-Treiberschaltung bereitzustellen, die in der Lage ist, EMI-Rauschen zu reduzieren und gleichzeitig einen Anstieg der Schaltverluste zu unterdrücken.In view of the circumstances described above, an object of the invention disclosed in the present specification is to provide a transistor driving circuit capable of reducing EMI noise while suppressing an increase in switching loss.
Lösung des Problemsthe solution of the problem
Ein Aspekt der Erfindung, der in der vorliegenden Beschreibung offenbart wird, ist eine Transistor-Treiberschaltung, die einen anzusteuernden Transistor ansteuert und eine Steuerung enthält, die ein Steuern durchführt, um zu bewirken, dass ein Schaltkreisparameter, der zu einer Anstiegszeit oder einer Abfallzeit des anzusteuernden Transistors beiträgt, zeitlich verändert wird (eine erste Konfiguration).An aspect of the invention disclosed in the present specification is a transistor driver circuit that drives a transistor to be driven and includes a controller that performs control to cause a circuit parameter associated with a rise time or a fall time of the contributes to be driven transistor is changed over time (a first configuration).
Außerdem kann in der oben beschriebenen ersten Konfiguration der Schaltkreisparameter ein Strom sein, der einem Steueranschluss des anzusteuernden Transistors zugeführt wird (eine zweite Konfiguration).Also, in the first configuration described above, the circuit parameter may be a current supplied to a control terminal of the transistor to be driven (a second configuration).
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen zweiten Konfiguration weiterhin ein Vor-Treiber vorgesehen sein, der einen ersten Transistorabschnitt enthält, durch den der Strom fließt, und die Steuerung kann bewirken, dass ein Durchlasswiderstand des ersten Transistorabschnitts zeitlich variiert wird (eine dritte Konfiguration).Moreover, in the second configuration described above, a pre-driver including a first transistor portion through which the current flows may be further provided, and the controller may cause an on-resistance of the first transistor portion to vary with time (a third configuration).
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen dritten Konfiguration der erste Transistorabschnitt eine Vielzahl von ersten Transistoren umfassen, die parallel zwischen einem Anlegeanschluss (auch: Anwendungsanschluss; application terminal) einer Versorgungsspannung und dem Steueranschluss angeschlossen sind, und die Steuerung kann bewirken, dass die Anzahl der parallel geschalteten ersten Transistoren, die sich in einem aktivierten Zustand befinden und von der Vielzahl der ersten Transistoren ein- und ausgeschaltet werden können, zeitlich variiert wird (eine vierte Konfiguration).Moreover, in the third configuration described above, the first transistor section may include a plurality of first transistors connected in parallel between an application terminal (also: application terminal) of a power supply voltage and the control terminal, and the controller may cause the number of parallel-connected first transistors being in an activated state and the plurality of first Transistors can be turned on and off, varied with time (a fourth configuration).
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen vierten Konfiguration jeder der ersten Transistoren ein PMOS-Transistor sein, und der Vor-Treiber kann einen ersten Schalter umfassen, der zwischen einem Anlegeanschluss eines Gatesignals und einem Gate jedes der ersten Transistoren angeordnet ist, und einen zweiten Schalter, der zwischen dem Gate und einer Source jedes der ersten Transistoren angeordnet ist (eine fünfte Konfiguration).Moreover, in the fourth configuration described above, each of the first transistors may be a PMOS transistor, and the pre-driver may include a first switch arranged between a gate signal application terminal and a gate of each of the first transistors, and a second switch , which is arranged between the gate and a source of each of the first transistors (a fifth configuration).
Außerdem kann in der oben beschriebenen ersten Konfiguration der Schaltkreisparameter ein Strom sein, der aus einem Steueranschluss des anzusteuernden Transistors entnommen wird (eine sechste Konfiguration).Also, in the first configuration described above, the circuit parameter may be a current drawn from a control terminal of the transistor to be driven (a sixth configuration).
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen sechsten Konfiguration weiterhin ein Vor-Treiber vorgesehen sein, der einen zweiten Transistorabschnitt enthält, durch den der Strom fließt, und die Steuerung kann bewirken, dass ein Durchlasswiderstand des zweiten Transistorabschnitts zeitlich variiert wird (eine siebte Konfiguration).Moreover, in the sixth configuration described above, a pre-driver including a second transistor section through which the current flows may be further provided, and the controller may cause an on-resistance of the second transistor section to be varied with time (a seventh configuration).
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen siebten Konfiguration der zweite Transistorabschnitt eine Vielzahl von zweiten Transistoren umfassen, die zwischen dem Steueranschluss und einem Anlegeanschluss eines Referenzpotentials parallel geschaltet sind, und die Steuerung kann bewirken, dass die Anzahl der parallel geschalteten zweiten Transistoren, die sich in einem aktivierten Zustand befinden und von der Vielzahl der zweiten Transistoren ein-/ausgeschaltet werden können, zeitlich variiert wird (eine achte Konfiguration).Furthermore, in the seventh configuration described above, the second transistor section may include a plurality of second transistors connected in parallel between the control terminal and a reference potential application terminal, and the controller may cause the number of the second transistors connected in parallel located in are in an activated state and can be turned on/off by the plurality of second transistors is varied with time (an eighth configuration).
Außerdem kann in der oben beschriebenen achten Konfiguration jeder der zweiten Transistoren ein NMOS-Transistor sein, und
der Vor-Treiber kann einen dritten Schalter umfassen, der zwischen einem Anlegeanschluss eines Gatesignals und einem Gate jedes der zweiten Transistoren angeordnet ist, und einen vierten Schalter, der zwischen dem Gate und einer Source jedes der zweiten Transistoren angeordnet ist (eine neunte Konfiguration).Also, in the eighth configuration described above, each of the second transistors may be an NMOS transistor, and
the pre-driver may include a third switch arranged between an application terminal of a gate signal and a gate of each of the second transistors, and a fourth switch arranged between the gate and a source of each of the second transistors (a ninth configuration).
Außerdem kann in der oben beschriebenen ersten Konfiguration der Schaltkreisparameter eine Rückkopplungskapazität des anzusteuernden Transistors sein (zehnte Konfiguration).Also, in the first configuration described above, the circuit parameter may be a feedback capacitance of the transistor to be driven (tenth configuration).
Darüber hinaus kann die Steuerung in der oben beschriebenen zehnten Konfiguration bewirken, dass die Anzahl der parallel geschalteten Rückkopplungskapazitäten, einschließlich einer ersten Rückkopplungskapazität als parasitäre Kapazität des anzusteuernden Transistors und einer aktivierten von mindestens einer zweiten Rückkopplungskapazität, die sich von der ersten Rückkopplungskapazität unterscheidet, zeitlich variiert wird (eine elfte Konfiguration).In addition, in the tenth configuration described above, the controller can cause the number of feedback capacitances connected in parallel, including a first feedback capacitance as a parasitic capacitance of the transistor to be driven and an activated one of at least one second feedback capacitance different from the first feedback capacitance, to vary with time becomes (an eleventh configuration).
Darüber hinaus kann die Steuerung in der oben beschriebenen elften Konfiguration einen fünften Schalter zum Umschalten zwischen aktivierten und deaktivierten Zuständen der mindestens einen zweiten Rückkopplungskapazität steuern (eine zwölfte Konfiguration).Furthermore, in the eleventh configuration described above, the controller may control a fifth switch for toggling between activated and deactivated states of the at least one second feedback capacitance (a twelfth configuration).
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen dritten Konfiguration der erste Transistorabschnitt einen PMOS-Transistor umfassen, und die Steuerung kann bewirken, dass eine Stromversorgungsspannung des Vor-Treibers zeitlich variiert wird (eine dreizehnte Konfiguration).Moreover, in the third configuration described above, the first transistor portion may include a PMOS transistor, and the controller may cause a power supply voltage of the pre-driver to be varied over time (a thirteenth configuration).
Darüber hinaus kann in der oben beschriebenen dreizehnten Konfiguration die Versorgungsspannung eine Boot-Spannung sein, die von einem Bootstrap erzeugt wird (eine vierzehnte Konfiguration).Moreover, in the thirteenth configuration described above, the power supply voltage may be a boot voltage generated by a bootstrap (a fourteenth configuration).
Darüber hinaus kann die Steuerung in der oben beschriebenen vierzehnten Konfiguration bewirken, dass eine Spannung, die an eine Anode einer in der Bootstrap enthaltenen Diode angelegt wird, zeitlich variiert wird (eine fünfzehnte Konfiguration).Moreover, in the fourteenth configuration described above, the controller may cause a voltage applied to an anode of a diode included in the bootstrap to be varied with time (a fifteenth configuration).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der in der vorliegenden Beschreibung offenbart wird, ist ein Schaltkreis, der die Transistor-Treiberschaltung einer der oben beschriebenen Konfigurationen und den anzusteuernden Transistor enthält (eine sechzehnte Konfiguration).Another aspect of the invention disclosed in the present specification is a switching circuit including the transistor driving circuit of any of the configurations described above and the transistor to be driven (a sixteenth configuration).
In der oben beschriebenen sechzehnten Konfiguration kann der zu steuernde Transistor ein NMOS-Transistor sein (siebzehnte Konfiguration).In the sixteenth configuration described above, the transistor to be controlled may be an NMOS transistor (seventeenth configuration).
Darüber hinaus kann die oben beschriebene siebzehnte Konfiguration einen NMOS-Transistor auf einer Seite mit niedrigem Potenzial umfassen, der mit dem zu steuernden Transistor auf einer Seite mit hohem Potenzial in Reihe geschaltet ist (eine achtzehnte Konfiguration).Moreover, the seventeenth configuration described above may include a low potential side NMOS transistor connected in series with the high potential side transistor to be controlled (an eighteenth configuration).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der in der vorliegenden Beschreibung offenbart wird, ist eine Schaltnetzteilschaltung, die den Schaltkreis einer der oben beschriebenen Konfigurationen enthält.Another aspect of the invention disclosed in the present specification is a switched-mode power supply circuit incorporating the circuitry of any of the configurations described above.
Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention
Mit der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Transistor-Treiberschaltung ist es möglich, das EMI-Rauschen zu reduzieren und gleichzeitig einen Anstieg der Schaltverluste zu unterdrücken.With the transistor driver circuit described in this specification, it is possible to reduce EMI noise while suppressing an increase in switching loss.
Figurenlistecharacter list
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1 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines DC/DC-Wandlers nach einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.1 12 is a view showing a configuration of a DC/DC converter according to an exemplary embodiment of the present invention. -
2 ist eine Ansicht, die eine Teilkonfiguration einer Transistor-Treiberschaltung nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.2 12 is a view showing a partial configuration of a transistor driving circuit according to a first embodiment of the present invention. -
3 ist eine Ansicht, die eine Teilkonfiguration einer Transistor-Treiberschaltung nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.3 12 is a view showing a partial configuration of a transistor driving circuit according to a second embodiment of the present invention. -
4 ist eine Ansicht, die eine Teilkonfiguration einer Transistor-Treiberschaltung nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.4 14 is a view showing a partial configuration of a transistor driving circuit according to a third embodiment of the present invention. -
5 ist eine Ansicht, die eine Teilkonfiguration einer Transistor-Treiberschaltung nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.5 12 is a view showing a partial configuration of a transistor driving circuit according to a fourth embodiment of the present invention. -
6 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines DC/DC-Wandlers nach einer fünften erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.6 14 is a view showing a configuration of a DC/DC converter according to a fifth embodiment of the present invention. -
7 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines DC/DC-Wandlers nach einer sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.7 12 is a view showing a configuration of a DC/DC converter according to a sixth embodiment of the present invention. -
8 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines DC/DC-Wandlers nach einer siebten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.8th 14 is a view showing a configuration of a DC/DC converter according to a seventh embodiment of the present invention. -
9 zeigt ein Beispiel für das Ergebnis einer FFT-Analyse, die an einer Welligkeitswellenform einer Eingangsspannung durchgeführt wurde.9 Fig. 12 shows an example of the result of an FFT analysis performed on a ripple waveform of an input voltage. -
10 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Anstiegs- und Abfallzeit eines MOSFET.10 Fig. 12 is a diagram for explaining the rise and fall time of a MOSFET.
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren wird im Folgenden eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben.An exemplary embodiment according to the invention is described below with reference to the accompanying drawing figures.
<Konfiguration des DC/DC-Wandlers><DC/DC converter configuration>
Wie in
Der Schaltkreis 5 umfasst eine Transistor-Treiberschaltung 1, einen NMOS-Transistor M1 und einen NMOS-Transistor M2. Der NMOS-Transistor M1 und der NMOS-Transistor M2 werden von der Transistor-Treiberschaltung 1 schaltgesteuert.The
Der NMOS-Transistor M1 und der NMOS-Transistor M2 sind in Reihe zwischen einem Anlegeanschluss der Eingangsspannung Vin und einem Anlegeanschluss eines Massepotentials geschaltet, um eine Brücke zu bilden. Insbesondere ist ein Drain des NMOS-Transistors M1 mit dem Anlegeanschluss der Eingangsspannung Vin verbunden. Eine Source des NMOS-Transistors M1 ist an einem Knoten Nsw mit einem Drain des NMOS-Transistors M2 verbunden. Eine Source des NMOS-Transistors M2 ist mit dem Anschluss für das Massepotential verbunden. Das heißt, der NMOS-Transistor M1 ist ein High-Side-Transistor auf der Seite des hohen Potentials, und der NMOS-Transistor M2 ist ein Low-Side-Transistor auf der Seite des niedrigen Potentials.The NMOS transistor M1 and the NMOS transistor M2 are connected in series between an application terminal of the input voltage Vin and an application terminal of a ground potential to form a bridge. Specifically, a drain of the NMOS transistor M1 is connected to the input voltage Vin application terminal. A source of the NMOS transistor M1 is connected to a drain of the NMOS transistor M2 at a node Nsw. A source of the NMOS transistor M2 is connected to the ground potential terminal. That is, the NMOS transistor M1 is a high-side transistor on the high potential side, and the NMOS transistor M2 is a low-side transistor on the low potential side.
Ein Ende der Induktionsspule L1 ist mit dem Knoten Nsw verbunden. Das andere Ende der Induktionsspule L1 ist mit einem Ende des Ausgangskondensators C1 verbunden. Das andere Ende des Ausgangskondensators C1 ist mit einem Anlegeanschluss des Massepotentials verbunden. Die Ausgangsspannung Vout wird an dem einen Ende des Ausgangskondensators C1 erzeugt.One end of inductor L1 is connected to node Nsw. The other end of the inductor L1 is connected to one end of the output capacitor C1. The other end of the output capacitor C1 is connected to a ground potential application terminal. The output voltage Vout is generated at one end of the output capacitor C1.
Der NMOS-Transistor M1 und der NMOS-Transistor M2 werden derart komplementär geschaltet, dass, wenn einer von ihnen in einem Ein-Zustand ist, der andere in einem Aus-Zustand ist. Eine solche komplementäre Schaltansteuerung umfasst auch einen Fall, in dem eine Totzeit vorgesehen ist, während der beide in den Aus-Zustand versetzt werden, um beispielsweise das Auftreten eines Durchgangsstroms zu verhindern.The NMOS transistor M1 and the NMOS transistor M2 are complementarily switched such that when one of them is in an on-state, the other is in an off-state. Such a complementary switch drive also includes a case where a dead time is provided during which both are placed in the off state in order to prevent a through current from occurring, for example.
Ein Ende des Boot-Kondensators Cb ist mit dem Knoten Nsw verbunden. Das andere Ende des Bootkondensators Cb ist mit einer Kathode der Diode D1 verbunden. An die Anode der Diode D1 wird eine Versorgungsspannung Vcc angelegt. Der Boot-Kondensator Cb und die Diode D1 bilden einen Bootstrap 6. An einem Knoten Nb, an dem die Diode D1 mit dem Bootkondensator Cb verbunden ist, wird eine Bootspannung Vboot erzeugt.One end of boot capacitor Cb is connected to node Nsw. The other end of the boot capacitor Cb is connected to a cathode of the diode D1. A supply voltage Vcc is applied to the anode of the diode D1. The boot capacitor Cb and the diode D1 form a
Die Transistor-Treiberschaltung 1 umfasst eine Steuerung 2, einen Vor-Treiber 3 und einen Vor-Treiber 4. Der Vor-Treiber 3 bewirkt, dass die Boot-Spannung Vboot an ein Gate des NMOS-Transistors M1 angelegt wird, um den NMOS-Transistor M1 in den Ein-Zustand zu bringen, und bewirkt, dass eine am Knoten Nsw erzeugte Schaltspannung Vsw an das oben beschriebene Gate angelegt wird, um den NMOS-Transistor M1 in den Aus-Zustand zu bringen.The transistor driver circuit 1 includes a
Der Vor-Treiber 4 bewirkt, dass eine Stromversorgungsspannung Vreg an ein Gate des NMOS-Transistors M2 angelegt wird, um den NMOS-Transistor M2 in den Ein-Zustand zu bringen, und bewirkt, dass das Massepotential an das oben beschriebene Gate angelegt wird, um den NMOS-Transistor M2 in den Aus-Zustand zu bringen.The
In einem Fall, in dem sich der NMOS-Transistor M1 im Aus-Zustand und der NMOS-Transistor M2 im Ein-Zustand befindet, wird der Boot-Kondensator Cb über die Diode D1 mit der Versorgungsspannung Vcc geladen, und die Boot-Spannung Vboot = Vcc - Vf (Vf: Durchlassspannung der Diode D1) wird aufgebaut. Danach, wenn der NMOS-Transistor M1 im Ein-Zustand ist, während der NMOS-Transistor M2 im Aus-Zustand ist, wird die Boot-Spannung Vboot = Vin + Vcc - Vf hergestellt, und der Vor-Treiber 3 bewirkt, dass die Boot-Spannung Vboot an das Gate des NMOS-Transistors M1 angelegt wird, um den NMOS-Transistor M1 in den Ein-Zustand zu bringen.In a case where the NMOS transistor M1 is in the off-state and the NMOS transistor M2 is in the on-state, the boot capacitor Cb is charged with the power supply voltage Vcc through the diode D1, and the boot voltage Vboot = Vcc - Vf (Vf: forward voltage of diode D1) is established. Thereafter, when the NMOS transistor M1 is in the on-state while the NMOS transistor M2 is in the off-state, the boot voltage Vboot = Vin + Vcc - Vf is established, and the
Die Steuerung 2 steuert das Ansteuern des Vor-Treibers 3 und des Vor-Treibers 4.The
<Erste Ausführungsform><First Embodiment>
Es wird nun eine Transistor-Treiberschaltung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.
Der in
Die PMOS-Transistoren 31A, 31B und 31C sind parallel zwischen einem Anlegeanschluss einer Boot-Spannung Vboot und einem Knoten N3 angeschlossen. Insbesondere sind die jeweiligen Sources der PMOS-Transistoren 31A, 31B und 31C mit dem Anlegeanschluss der Boot-Spannung Vboot verbunden. Die jeweiligen Drains der PMOS-Transistoren 31A, 31B und 31C sind mit dem Knoten N3 verbunden.The
Der Knoten N3 ist mit einem Gate (einem Steueranschluss) des NMOS-Transistors M1 und mit einem Drain des NMOS-Transistors 32 verbunden. Eine Source des NMOS-Transistors 32 ist mit einem Knoten Nsw verbunden.The node N3 is connected to a gate (a control terminal) of the NMOS transistor M1 and to a drain of the NMOS transistor M32. A source of the
Ein Ausgangsanschluss einer Steuerung 2 zum Ausgeben eines Gatesignals G1 ist direkt mit jedem der jeweiligen Gates des PMOS-Transistors 31A und des NMOS-Transistors 32 verbunden. Außerdem ist der Schalter SW1 zwischen dem oben beschriebenen Ausgangsanschluss der Steuerung 2 und einem Gate des PMOS-Transistors 31B angeordnet. Der Schalter SW2 ist zwischen dem oben beschriebenen Ausgangsanschluss der Steuerung 2 und einem Gate des PMOS-Transistors 31C angeordnet.An output terminal of a
Der Schalter SW3 ist zwischen dem Gate und der Source des PMOS-Transistors 31B angeordnet. Der Schalter SW4 ist zwischen dem Gate und der Source des PMOS-Transistors 31C angeordnet.The switch SW3 is arranged between the gate and source of the
Die Steuerung 2 steuert das Ein-/Ausschalten der Schalter SW1 bis SW4.The
Die Steuerung 2 bewirkt, dass das Gate-Signal G1 mit einem hohen Pegel an jedes der Gates des PMOS-Transistors 31A und des NMOS-Transistors 32 angelegt wird, um den PMOS-Transistor 31A in einen Aus-Zustand und den NMOS-Transistor 32 in einen Ein-Zustand zu bringen. Andererseits bewirkt die Steuerung 2, dass das Gate-Signal G1 mit einem niedrigen Pegel an jedes der Gates des PMOS-Transistors 31A und des NMOS-Transistors 32 angelegt wird, um den PMOS-Transistor 31A in den Ein-Zustand und den NMOS-Transistor 32 in den Aus-Zustand zu bringen.The
Außerdem bringt die Steuerung 2 beim Aktivieren des PMOS-Transistors 31B den Schalter SW1 in einen Ein-Zustand und den Schalter SW3 in einen Aus-Zustand. Infolgedessen wird der PMOS-Transistor 31B anhand eines Pegels des Gatesignals G1 ein- und ausgeschaltet. Andererseits bringt die Steuerung 2 beim Deaktivieren des PMOS-Transistors 31B den Schalter SW1 in den Aus-Zustand und den Schalter SW3 in den Ein-Zustand. Infolgedessen hat der PMOS-Transistor 31B eine Gate-Source-Spannung Vgs von 0 V und wird somit in den Aus-Zustand gebracht.In addition, when the
Außerdem bringt die Steuerung 2 beim Aktivieren des PMOS-Transistors 31C den Schalter SW2 in den Ein-Zustand und den Schalter SW4 in den Aus-Zustand. Infolgedessen wird der PMOS-Transistor 31C anhand des Pegels des Gate-Signals G1 ein- und ausgeschaltet. Andererseits bringt die Steuerung 2 beim Deaktivieren des PMOS-Transistors 31C den Schalter SW2 in den Aus-Zustand und den Schalter SW4 in den Ein-Zustand. Infolgedessen hat der PMOS-Transistor 31C eine Spannung Vgs von 0 V und wird somit in den Aus-Zustand gebracht.In addition, when the PMOS transistor 31C is activated, the
Der PMOS-Transistor 31A und ein aktivierter der PMOS-Transistoren 31B und 31C stehen in einer solchen Beziehung zum NMOS-Transistor 32, dass, wenn sich einer von ihnen im Ein-Zustand befindet, der andere in den Aus-Zustand gebracht wird.The
Ein Strom wird vom Anlegeanschluss (einem Knoten Nb) der Boot-Spannung Vboot über den PMOS-Transistor 31A im Ein-Zustand und einen aktivierten der PMOS-Transistoren 31B und 31C, der sich im Ein-Zustand befindet, an das Gate des NMOS-Transistors M1 zugeführt, und somit wird der NMOS-Transistor M1 eingeschaltet. Außerdem wird über den NMOS-Transistor 32, der sich im Ein-Zustand befindet, derart ein Strom aus dem Gate des NMOS-Transistors M1 entnommen, dass der NMOS-Transistor M1 ausgeschaltet wird.A current is supplied from the application terminal (a node Nb) of the boot voltage Vboot to the gate of the
Die Steuerung 2 bewirkt, dass die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren, die aktiviert sind und ein- und ausgeschaltet werden können, unter den PMOS-Transistoren 31A, 31B und 31C zeitlich variiert.The
Ist, genauer gesagt, beispielsweise ein Ein/Aus-Vorgang des NMOS-Transistors M1 als ein Schaltvorgang definiert, so sind während einer ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen die PMOS-Transistoren 31B und 31C gesperrt, während einer nachfolgenden zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen ist der PMOS-Transistor 31B freigegeben, während der PMOS-Transistor 31C gesperrt ist, während einer darauf folgenden dritten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen werden die PMOS-Transistoren 31B und 31C freigegeben, während einer darauf folgenden weiteren zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen wird der PMOS-Transistor 31B freigegeben, während der PMOS-Transistor 31C gesperrt wird, und während einer darauf folgenden weiteren ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen werden die PMOS-Transistoren 31B und 31C gesperrt. In diesem Fall ändert sich die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren, die aktiviert sind, von 1 zu 2 zu 3 zu 2 zu 1.More specifically, if, for example, an on/off operation of the NMOS transistor M1 is defined as a switching operation, then during a first predetermined number of switching operations the
Dementsprechend wird ein Einschaltwiderstand Ron zwischen dem Anlegeanschluss der Boot-Spannung Vboot und dem Knoten N3 veranlasst, zeitlich zu variieren, und somit kann ein Strom, der dem Gate des NMOS-Transistors M1 zugeführt wird, veranlasst werden, zeitlich zu variieren. Folglich wird eine Anstiegszeit tr (eine Anstiegszeit tr von Vds) des NMOS-Transistors M1 zeitlich verteilt, und somit ist es möglich, EMI-Rauschen zu reduzieren und gleichzeitig einen Anstieg der Schaltverluste zu unterdrücken. Der oben beschriebene Strom entspricht einem Schaltkreisparameter, der zur Anstiegszeit tr des MOS-Transistors M1 beiträgt.Accordingly, an on-resistance Ron between the application terminal of the boot voltage Vboot and the node N3 is caused to vary with time, and thus a current supplied to the gate of the NMOS transistor M1 can be caused to vary with time. Consequently, a rise time tr (a rise time tr of Vds) of the NMOS transistor M1 is time-distributed, and thus it is possible to reduce EMI noise while suppressing an increase in switching loss. The current described above corresponds to a circuit parameter that contributes to the rise time tr of the MOS transistor M1.
Insbesondere in einem Fall, in dem die Transistor-Treiberschaltung 1 in einem Fahrzeug eingesetzt wird, kann erwartet werden, dass sie das EMI-Rauschen in einem Hochfrequenzband (100 MHz oder höher) reduziert, das gleich oder höher ist als ein FM-Band, in dem eine weitere Unterdrückung des EMI-Rauschens erforderlich ist, wie in den Normen für Fahrzeuggeräte angegeben. Dieser Effekt kann in ähnlicher Weise auch in den nachstehenden Ausführungsformen erzielt werden.In particular, in a case where the transistor driving circuit 1 is used in a vehicle, it can be expected to reduce EMI noise in a high-frequency band (100 MHz or higher) equal to or higher than an FM band, where further suppression of EMI noise is required as specified in the vehicle equipment standards. This effect can be similarly obtained also in the following embodiments.
<Zweite Ausführungsform><Second embodiment>
Als nächstes wird eine Transistor-Treiberschaltung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
Der in
Der PMOS-Transistor 31 ist zwischen einem Anlegeanschluss einer Boot-Spannung Vboot und einem Knoten N3 angeschlossen. Insbesondere ist eine Source des PMOS-Transistors 31 mit dem Anlegeanschluss der Boot-Spannung Vboot verbunden. Ein Drain des PMOS-Transistors 31 ist mit dem Knoten N3 verbunden. Der Knoten N3 ist mit einem Gate des NMOS-Transistors M1 verbunden.The
Die NMOS-Transistoren 32A, 32B und 32C sind zwischen dem Knoten N3 und einem Knoten Nsw parallel geschaltet. Insbesondere sind die jeweiligen Drains der NMOS-Transistoren 32A, 32B und 32C mit dem Knoten N3 verbunden. Die jeweiligen Sources der NMOS-Transistoren 32A, 32B und 32C sind mit dem Knoten Nsw verbunden. Der Knoten Nsw ist ein Anlegeanschluss für eine Schaltspannung Vsw als Bezugspotential.
Ein Ausgangsanschluss einer Steuerung 2 zum Ausgeben eines Gatesignals G1 ist direkt mit jedem der jeweiligen Gates des PMOS-Transistors 31 und des NMOS-Transistors 32A verbunden. Außerdem ist der Schalter SW11 zwischen dem oben beschriebenen Ausgangsanschluss der Steuerung 2 und einem Gate des NMOS-Transistors 32B angeordnet. Der Schalter SW12 ist zwischen des oben beschriebenen Ausgangsanschlusses der Steuerung 2 und einem Gate des NMOS-Transistors 32C angeordnet.An output terminal of a
Der Schalter SW13 ist zwischen dem Gate und der Source des NMOS-Transistors 32B angeordnet. Der Schalter SW14 ist zwischen dem Gate und der Source des NMOS-Transistors 32C angeordnet.The switch SW13 is arranged between the gate and source of the
Die Steuerung 2 steuert das Ein-/Ausschalten der Schalter SW11 bis SW14.The
Die Steuerung 2 bewirkt, dass das Gate-Signal G1 mit einem hohen Pegel an jedes der Gates des PMOS-Transistors 31 und des NMOS-Transistors 32A angelegt wird, um den PMOS-Transistor 31 in einen Aus-Zustand und den NMOS-Transistor 32A in einen Ein-Zustand zu bringen. Andererseits bewirkt die Steuerung 2, dass das Gate-Signal G1 an jedes der Gates des PMOS-Transistors 31 und des NMOS-Transistors 32A mit einem niedrigen Pegel angelegt wird, um den PMOS-Transistor 31 in den Ein-Zustand und den NMOS-Transistor 32A in den Aus-Zustand zu bringen.The
Außerdem bringt die Steuerung 2 beim Aktivieren des NMOS-Transistors 32B den Schalter SW11 in einen Ein-Zustand und den Schalter SW13 in einen Aus-Zustand. Infolgedessen wird die Ansteuerung des NMOS-Transistors 32B anhand eines Pegels des Gatesignals G1 durchgeführt. Andererseits bringt die Steuerung 2 beim Deaktivieren des NMOS-Transistors 32B den Schalter SW11 in den Aus-Zustand und den Schalter SW13 in den Ein-Zustand. Infolgedessen hat der NMOS-Transistor 32B eine Spannung von 0 V und wird somit in den Aus-Zustand gebracht.In addition, when the
Außerdem bringt die Steuerung 2 beim Aktivieren des NMOS-Transistors 32C den Schalter SW12 in den Ein-Zustand und den Schalter SW14 in den Aus-Zustand. Infolgedessen wird die Ansteuerung des NMOS-Transistors 32C anhand des Pegels des Gatesignals G1 durchgeführt. Andererseits bringt die Steuerung 2 beim Deaktivieren des NMOS-Transistors 32C den Schalter SW12 in den Aus-Zustand und den Schalter SW14 in den Ein-Zustand. Infolgedessen hat der NMOS-Transistor 32C eine Spannung von 0 V und wird somit in den Aus-Zustand gebracht.In addition, when the
Der NMOS-Transistor 32A und ein aktivierter der NMOS-Transistoren 32B und 32C stehen in einer solchen Beziehung zu dem PMOS-Transistor 31, dass, wenn sich einer von ihnen im Ein-Zustand befindet, der andere in den Aus-Zustand gebracht wird.The
Über den PMOS-Transistor 31 wird dem Gate des NMOS-Transistors M1 im Ein-Zustand ein Strom vom Anlegeanschluss der Boot-Spannung Vboot zugeführt, und somit wird der NMOS-Transistor M1 eingeschaltet. Außerdem wird dem Gate des NMOS-Transistors M1 über den NMOS-Transistor 32A, der sich im Ein-Zustand befindet, und einen freigegebenen der NMOS-Transistoren 32B und 32C, der sich im Ein-Zustand befindet, ein Strom entnommen, und somit wird der NMOS-Transistor M1 ausgeschaltet.A current is supplied from the application terminal of the boot voltage Vboot to the gate of the NMOS transistor M1 in the on state via the
Die Steuerung 2 bewirkt, dass die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren, die aktiviert sind und ein- und ausgeschaltet werden können, unter den NMOS-Transistoren 32A, 32B und 32C zeitlich variiert.The
Ist, genauer gesagt, beispielsweise ein Ein/Aus-Vorgang des NMOS-Transistors M1 als ein Schaltvorgang definiert, so sind während einer ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen die NMOS-Transistoren 32B und 32C gesperrt, während einer nachfolgenden zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen ist der NMOS-Transistor 32B freigegeben, während der NMOS-Transistor 32C gesperrt ist, während einer darauf folgenden dritten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen werden die NMOS-Transistoren 32B und 32C freigegeben, während einer darauf folgenden weiteren zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen wird der NMOS-Transistor 32B freigegeben, während der NMOS-Transistor 32C gesperrt wird, und während einer darauf folgenden weiteren ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen werden die NMOS-Transistoren 32B und 32C gesperrt. In diesem Fall ändert sich die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren, die aktiviert sind, von 1 zu 2 zu 3 zu 2 zu 1.More specifically, if, for example, an on/off operation of the NMOS transistor M1 is defined as a switching operation, then during a first predetermined number of switching operations, the
Dementsprechend wird ein Einschaltwiderstand Ron zwischen dem Knoten N3 und dem Knoten Nsw zeitlich variiert, und somit kann ein Strom, der aus dem Gate des NMOS-Transistors M1 entnommen wird, zeitlich variiert werden. Folglich wird eine Abfallzeit tf (eine Abfallzeit tf von Vds) des NMOS-Transistors M1 zeitlich verteilt, und auf diese Weise ist es möglich, EMI-Rauschen zu reduzieren, während eine Zunahme der Schaltverluste unterdrückt wird. Der oben beschriebene Strom entspricht einem Schaltkreisparameter, der zur Abfallzeit tf des NMOS-Transistors M1 beiträgt.Accordingly, an on-resistance Ron between the node N3 and the node Nsw is varied with time, and thus a current drawn from the gate of the NMOS transistor M1 can be varied with time. Consequently, a fall time tf (a fall time tf of Vds) of the NMOS transistor M1 is time-distributed, and in this way it is possible to reduce EMI noise while suppressing an increase in switching loss. The current described above corresponds to a circuit parameter that contributes to the fall time tf of the NMOS transistor M1.
<Dritte Ausführungsform><Third embodiment>
Als nächstes wird eine Transistor-Treiberschaltung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben.
Der in
Der Vor-Treiber 4 gemäß dieser Ausführungsform hat eine ähnliche Konfiguration wie die zuvor beschriebene Konfiguration (
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in den folgenden Aspekten. Das heißt, die jeweiligen Drains der PMOS-Transistoren 41A, 41B und 41C sind mit einem Anlegeanschluss einer Stromversorgungsspannung Vreg verbunden. Ein Knoten N4, an dem die jeweiligen Drains der PMOS-Transistoren 41A, 41B und 41C mit einem Drain des NMOS-Transistors 42 verbunden sind, ist mit einem Gate des NMOS-Transistors M2 verbunden. Eine Source des NMOS-Transistors 42 ist mit einem Anlegeanschluss eines Massepotentials verbunden.This embodiment differs from the first embodiment in the following aspects. That is, the respective drains of the
In ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform führt eine Steuerung 2 eine Ein/AusSteuerung der Schalter SW21 bis SW24 durch, um zwischen aktivierten und deaktivierten Zuständen der PMOS-Transistoren 41B und 41C zu wechseln. Anhand eines Pegels eines Gatesignals G2, das von einem Ausgangsanschluss der Steuerung 2 ausgegeben wird, wird eine Ein/Aus-Ansteuerung des PMOS-Transistors 41A und eines aktivierten der PMOS-Transistoren 41B und 41C durchgeführt. Basierend auf dem Pegel des Gatesignals G2 wird auch der NMOS-Transistor 42 ein- und ausgeschaltet. Der PMOS-Transistor 41A und ein aktivierter der PMOS-Transistoren 41B und 41C stehen in einer solchen Beziehung zu dem NMOS-Transistor 42, dass, wenn sich einer von ihnen in einem Ein-Zustand befindet, der andere in einen Aus-Zustand gebracht wird.Similarly to the first embodiment, a
In ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform bewirkt die Steuerung 2, dass die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren, die aktiviert sind und ein- und ausgeschaltet werden können, unter den PMOS-Transistoren 41A, 41B und 41C zeitlich variiert wird.Similarly to the first embodiment, the
Dementsprechend wird ein Einschaltwiderstand Ron zwischen dem Anlegeanschluss der Versorgungsspannung Vreg und dem Knoten N4 veranlasst, zeitlich zu variieren, und somit kann ein Strom, der dem Gate des NMOS-Transistors M2 zugeführt wird, veranlasst werden, zeitlich zu variieren. Folglich wird eine Anstiegszeit tr (eine Anstiegszeit tr von Vds) des NMOS-Transistors M2 zeitlich verteilt, und somit ist es möglich, EMI-Rauschen zu reduzieren, während ein Anstieg der Schaltverluste unterdrückt wird.Accordingly, an on-resistance Ron between the application terminal of the power supply voltage Vreg and the node N4 is made to vary with time, and thus a current supplied to the gate of the NMOS transistor M2 can be made to vary with time. Consequently, a rise time tr (a rise time tr of Vds) of the NMOS transistor M2 is distributed in time, and thus it is possible to reduce EMI noise while suppressing an increase in switching loss.
<Vierte Ausführungsform><Fourth embodiment>
Als nächstes wird eine Transistor-Treiberschaltung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben.
Der in
Der Vor-Treiber 4 gemäß dieser Ausführungsform hat eine ähnliche Konfiguration wie die zuvor beschriebene Konfiguration (
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform in den folgenden Punkten. Das heißt, ein Drain des PMOS-Transistors 41 ist mit einem Anlegeanschluss einer Versorgungsspannung Vreg verbunden. Ein Knoten N4, an dem der Drain des PMOS-Transistors 41 mit den Drains der NMOS-Transistoren 42A, 42B und 42C verbunden ist, ist mit einem Gate des NMOS-Transistors M2 verbunden. Die jeweiligen Sources der NMOS-Transistoren 42A, 42B und 42C sind mit einem Anlegeanschluss eines Massepotentials (einem Referenzpotential) verbunden.This embodiment differs from the second embodiment in the following points. That is, a drain of the
In ähnlicher Weise wie bei der zweiten Ausführungsform führt eine Steuerung 2 eine Ein/AusSteuerung der Schalter SW31 bis SW34 durch, um zwischen aktivierten und deaktivierten Zuständen der NMOS-Transistoren 42B und 42C zu wechseln. Anhand eines Pegels eines Gatesignals G2, das von einem Ausgangsanschluss der Steuerung 2 ausgegeben wird, wird eine Ein/Aus-Ansteuerung des NMOS-Transistors 42A und eines aktivierten der NMOS-Transistoren 42B und 42C durchgeführt. Basierend auf dem Pegel des Gatesignals G2 wird auch der PMOS-Transistor 41 ein- und ausgeschaltet. Der NMOS-Transistor 42A und ein aktivierter der NMOS-Transistoren 42B und 42C stehen in einer solchen Beziehung zu dem PMOS-Transistor 41, dass, wenn sich einer von ihnen in einem Ein-Zustand befindet, der andere in einen Aus-Zustand gebracht wird.Similarly to the second embodiment, a
In ähnlicher Weise wie bei der zweiten Ausführungsform bewirkt die Steuerung 2, dass die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren, die aktiviert sind und ein- und ausgeschaltet werden können, unter den NMOS-Transistoren 42A, 42B und 42C zeitlich variiert wird.Similarly to the second embodiment, the
Dementsprechend wird ein Einschaltwiderstand Ron zwischen dem Knoten N4 und dem Anlegeanschluss des Massepotentials veranlasst, zeitlich zu variieren, und somit kann ein aus dem Gate des NMOS-Transistors M2 gezogener Strom veranlasst werden, zeitlich zu variieren. Folglich wird eine Abfallzeit tf (eine Abfallzeit tf von Vds) des NMOS-Transistors M2 zeitlich verteilt, und somit ist es möglich, EMI-Rauschen zu reduzieren, während ein Anstieg der Schaltverluste unterdrückt wird.Accordingly, an on-resistance Ron between the node N4 and the ground potential application terminal is caused to vary with time, and thus a current drawn from the gate of the NMOS transistor M2 can be caused to vary with time. Consequently, a fall time tf (a fall time tf of Vds) of the NMOS transistor M2 is time-distributed, and thus it is possible to reduce EMI noise while suppressing an increase in switching loss.
<Fünfte Ausführungsform><Fifth embodiment>
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben.
Wie in
Ein Ende jeder der Rückkopplungskapazitäten Cgd2 und Cgd3 ist direkt mit dem Gate des NMOS-Transistors M1 verbunden. Das andere Ende jeder der Rückkopplungskapazitäten Cgd2 und Cgd3 ist über einen entsprechenden der Schalter S1 und S2 mit dem Drain des NMOS-Transistors M1 verbunden.One end of each of the feedback capacitances Cgd2 and Cgd3 is directly connected to the gate of the NMOS transistor M1. The other end of each of the feedback capacitances Cgd2 and Cgd3 is connected to the drain of the NMOS transistor M1 via a corresponding one of the switches S1 and S2.
Eine Steuerung 2 steuert das Ein-/Ausschalten der Schalter S1 und S2. Befinden sich die Schalter S1 und S2 in einem Ein-Zustand, so sind die Rückkopplungskapazitäten Cgd2 und Cgd3 aktiviert, und wenn sich die Schalter S1 und S2 in einem Aus-Zustand befinden, sind die Rückkopplungskapazitäten Cgd2 und Cgd3 deaktiviert.A
In dieser Ausführungsform bewirkt die Steuerung 2, dass die Anzahl der parallel geschalteten und aktivierten Rückkopplungskapazitäten zwischen dem Gate und dem Drain des NMOS-Transistors M1 unter den Rückkopplungskapazitäten Cgd1, Cgd2 und Cgd3 sich zeitlich ändert.In this embodiment, the
Ist, genauer gesagt, beispielsweise ein Ein/Aus-Vorgang des NMOS-Transistors M1 als ein Schaltvorgang definiert, so sind während einer ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen die Rückkopplungskapazitäten Cgd2 und Cgd3 deaktiviert, während einer nachfolgenden zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen ist die Rückkopplungskapazität Cgd2 aktiviert, während die Rückkopplungskapazität Cgd3 deaktiviert ist, während einer nachfolgenden dritten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen werden die Rückkopplungskapazitäten Cgd2 und Cgd3 freigegeben, während einer nachfolgenden weiteren zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen wird die Rückkopplungskapazität Cgd2 freigegeben, während die Rückkopplungskapazität Cgd3 gesperrt wird, und während einer nachfolgenden weiteren ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen werden die Rückkopplungskapazitäten Cgd2 und Cgd3 gesperrt. In diesem Fall ändert sich die Anzahl der parallel geschalteten und aktivierten Rückkopplungskapazitäten von 1 zu 2 zu 3 zu 2 zu 1.More specifically, if for example an on/off operation of the NMOS transistor M1 is defined as a switching operation, then during a first predetermined number of switching operations the feedback capacitances Cgd2 and Cgd3 are deactivated, during a subsequent second predetermined number of switching operations the feedback capacitance is Cgd2 activated while the feedback capacitance Cgd3 is deactivated, during a subsequent third predetermined number of switching operations the feedback capacitances Cgd2 and Cgd3 are enabled, during a subsequent further second predetermined number of switching operations the feedback capacitance Cgd2 is enabled while the feedback capacitance Cgd3 is blocked, and during a subsequent further first predetermined number of switching processes, the feedback capacitances Cgd2 and Cgd3 are blocked. In this case, the number of feedback capacitances connected in parallel and activated changes from 1 to 2 to 3 to 2 to 1.
Dementsprechend wird die Rückkopplungskapazität zwischen dem Gate und dem Drain des NMOS-Transistors M1 veranlasst, derart zeitlich zu variieren, dass eine Anstiegszeit tr und eine Abfallzeit tf des NMOS-Transistors M1 zeitlich verteilt werden, und es ist somit möglich, EMI-Rauschen zu reduzieren, während ein Anstieg der Schaltverluste unterdrückt wird. Die oben beschriebene Rückkopplungskapazität entspricht einem Schaltkreisparameter, der zur Anstiegszeit tr und zur Abfallzeit tf des NMOS-Transistors M1 beiträgt.Accordingly, the feedback capacitance between the gate and the drain of the NMOS transistor M1 is caused to vary with time such that a rise time tr and a fall time tf of the NMOS transistor M1 are spread over time, and it is thus possible to reduce EMI noise , while suppressing an increase in switching loss. The feedback capacitance described above corresponds to a circuit para meter that contributes to the rise time tr and fall time tf of the NMOS transistor M1.
<Sechste Ausführungsform><Sixth embodiment>
Als nächstes wird eine sechste Ausführungsform beschrieben.
Wie in
Ein Ende jeder der Rückkopplungskapazitäten Cgd12 und Cgd13 ist direkt mit dem Gate des NMOS-Transistors M2 verbunden. Das andere Ende jeder der Rückkopplungskapazitäten Cgd12 und Cgd13 ist über einen entsprechenden der Schalter S11 und S12 mit dem Drain des NMOS-Transistors M2 verbunden.One end of each of the feedback capacitances Cgd12 and Cgd13 is directly connected to the gate of the NMOS transistor M2. The other end of each of the feedback capacitances Cgd12 and Cgd13 is connected to the drain of the NMOS transistor M2 via a corresponding one of the switches S11 and S12.
Eine Steuerung 2 steuert das Ein-/Ausschalten der Schalter S11 und S12. Befinden sich die Schalter S11 und S12 in einem Ein-Zustand, so sind die Rückkopplungskapazitäten Cgd12 und Cgd13 aktiviert, und wenn sich die Schalter S11 und S12 in einem Aus-Zustand befinden, sind die Rückkopplungskapazitäten Cgd2 und Cgd3 deaktiviert.A
In dieser Ausführungsform veranlasst die Steuerung 2, dass die Anzahl der parallel geschalteten und aktivierten Rückkopplungskapazitäten zwischen dem Gate und dem Drain des NMOS-Transistors M2 unter den Rückkopplungskapazitäten Cgd11, Cgd12 und Cgd13 sich zeitlich ändert.In this embodiment, the
Ist, genauer gesagt, beispielsweise ein Ein/Aus-Vorgang des NMOS-Transistors M2 als ein Schaltvorgang definiert, so sind während einer ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen die Rückkopplungskapazitäten Cgd12 und Cgd13 deaktiviert, während einer nachfolgenden zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen ist die Rückkopplungskapazität Cgd12 aktiviert, während die Rückkopplungskapazität Cgd13 deaktiviert ist, während einer nachfolgenden dritten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen werden die Rückkopplungskapazitäten Cgd12 und Cgd13 freigegeben, während einer nachfolgenden weiteren zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen wird die Rückkopplungskapazität Cgd12 freigegeben, während die Rückkopplungskapazität Cgd13 gesperrt wird, und während einer nachfolgenden weiteren ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen werden die Rückkopplungskapazitäten Cgd12 und Cgd13 gesperrt. In diesem Fall ändert sich die Anzahl der parallel geschalteten und aktivierten Rückkopplungskapazitäten von 1 zu 2 zu 3 zu 2 zu 1.More specifically, if for example an on/off operation of the NMOS transistor M2 is defined as a switching operation, then during a first predetermined number of switching operations the feedback capacitances Cgd12 and Cgd13 are deactivated, during a subsequent second predetermined number of switching operations the feedback capacitance is Cgd12 activated while the feedback capacitance Cgd13 is deactivated, during a subsequent third predetermined number of switching operations the feedback capacitances Cgd12 and Cgd13 are enabled, during a subsequent further second predetermined number of switching operations the feedback capacitance Cgd12 is enabled while the feedback capacitance Cgd13 is blocked, and during a subsequent further first predetermined number of switching processes, the feedback capacitances Cgd12 and Cgd13 are blocked. In this case, the number of feedback capacitances connected in parallel and activated changes from 1 to 2 to 3 to 2 to 1.
Dementsprechend wird die Rückkopplungskapazität zwischen dem Gate und dem Drain des NMOS-Transistors M2 veranlasst, derart zeitlich zu variieren, dass eine Anstiegszeit tr und eine Abfallzeit tf des NMOS-Transistors M2 zeitlich verteilt sind, und es ist somit möglich, EMI-Rauschen zu reduzieren, während ein Anstieg der Schaltverluste unterdrückt wird.Accordingly, the feedback capacitance between the gate and the drain of the NMOS transistor M2 is caused to vary with time such that a rise time tr and a fall time tf of the NMOS transistor M2 are spread over time, and it is thus possible to reduce EMI noise , while suppressing an increase in switching loss.
<Siebte Ausführungsform><Seventh Embodiment>
Der Schalter Sw1 ist zwischen einem Anlegeanschluss einer vorbestimmten Versorgungsspannung Vcc1 und einer Anode einer Diode D1 angeordnet. Der Schalter Sw2 ist zwischen einem Anlegeanschluss einer vorgegebenen Versorgungsspannung Vcc2 und der Anode der Diode D1 angeordnet. Der Schalter Sw3 ist zwischen einem Anlegeanschluss einer vorgegebenen Versorgungsspannung Vcc3 und der Anode der Diode D1 angeordnet. Eine Größenbeziehung zwischen den Stromversorgungsspannungen Vcc1 bis Vcc3 wird beispielsweise durch Vcc1 < Vcc2 < Vcc3 ausgedrückt. Die Anzahl der Stromversorgungsspannungen ist nicht auf die drei Stromversorgungsspannungen Vcc1 bis Vcc3 beschränkt, sondern kann beispielsweise vier oder mehr betragen.The switch Sw1 is arranged between an application terminal of a predetermined power supply voltage Vcc1 and an anode of a diode D1. The switch Sw2 is arranged between an application terminal of a predetermined power supply voltage Vcc2 and the anode of the diode D1. The switch Sw3 is arranged between an application terminal of a predetermined power supply voltage Vcc3 and the anode of the diode D1. A magnitude relationship between the power supply voltages Vcc1 to Vcc3 is expressed by Vcc1<Vcc2<Vcc3, for example. The number of power supply voltages is not limited to three power supply voltages Vcc1 to Vcc3, but may be four or more, for example.
Eine Steuerung 2 steuert das Ein-/Ausschalten der Schalter Sw1 bis Sw3.A
In dieser Ausführungsform umfasst ein Vor-Treiber 3 einen PMOS-Transistor 31 und einen NMOS-Transistor 32. Ein Knoten Nb ist mit einer Source des PMOS-Transistors 31 verbunden, so dass an die Source eine Boot-Spannung Vboot angelegt wird.In this embodiment, a
In dieser Ausführungsform veranlasst Die Steuerung 2, die Boot-Spannung Vboot zum Zeitpunkt des Einschaltens des NMOS-Transistors M1 zeitlich zu verändern.In this embodiment, the
Ist, genauer gesagt, beispielsweise ein Ein/Aus-Vorgang des NMOS-Transistors M1 als ein Schaltvorgang definiert, so wird während einer ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen der Schalter Sw1 in einen Ein-Zustand gebracht, während die Schalter Sw2 und Sw3 in einen Aus-Zustand gebracht werden, während einer nachfolgenden zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen wird der Schalter Sw2 in den Ein-Zustand gebracht, während die Schalter Sw1 und Sw3 in den Aus-Zustand gebracht werden, während einer nachfolgenden dritten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen wird der Schalter Sw3 in den Ein-Zustand gebracht, während die Schalter Sw1 und Sw2 in den Aus-Zustand gebracht werden, während einer nachfolgenden weiteren zweiten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen wird der Schalter Sw2 in den Ein-Zustand gebracht, während die Schalter Sw1 und Sw3 in den Aus-Zustand gebracht werden, und während einer nachfolgenden weiteren ersten vorbestimmten Anzahl von Schaltvorgängen wird der Schalter Sw1 in den Ein-Zustand gebracht, während die Schalter Sw2 und Sw3 in den Aus-Zustand gebracht werden.More specifically, for example, if an on/off operation of the NMOS transistor M1 is defined as a switching operation, during a first predetermined number of switching operations, the switch Sw1 is brought into an on state while the switches Sw2 and Sw3 are brought into an off -state, during a subsequent second predetermined number of switching operations the switch Sw2 is placed in the on-state while the switches Sw1 and Sw3 are placed in the off-state, during a subsequent third predetermined number of switching operations the switch Sw3 is placed in the on state while switches Sw1 and Sw2 are placed in the off state, during a subsequent further second predetermined number of switching operations switch Sw2 is placed in the on state while switches Sw1 and Sw3 are placed in the off -State are brought, and during a subsequent further first predetermined number of switching operations Switch Sw1 is placed in the on state while switches Sw2 and Sw3 are placed in the off state.
Dementsprechend ändert sich die Boot-Spannung Vboot zum Zeitpunkt des Einschaltens des NMOS-Transistors M1 von Vin + Vcc1 - Vf zu Vin + Vcc2 - Vf zu Vin + Vcc3 - Vf zu Vin + Vcc2 - Vf zu Vin + Vcc1 - Vf.Accordingly, the boot voltage Vboot changes from Vin + Vcc1 - Vf to Vin + Vcc2 - Vf to Vin + Vcc3 - Vf to Vin + Vcc2 - Vf to Vin + Vcc1 - Vf at the time of turning on the NMOS transistor M1.
Dabei ist ein Einschaltwiderstand Ron des PMOS-Transistors 31 eine Funktion von Vgs des PMOS-Transistors 31, und wenn sich die Boot-Spannung Vboot zeitlich ändert, ändert sich auch der Einschaltwiderstand Ron des PMOS-Transistors 31 zeitlich. Folglich variiert ein Strom, der einem Gate des NMOS-Transistors M1 über den PMOS-Transistor 31 zugeführt wird, und somit ist eine Anstiegszeit tr des NMOS-Transistors M1 zeitlich verteilt. Dementsprechend ist es möglich, das EMI-Rauschen zu reduzieren und gleichzeitig einen Anstieg der Schaltverluste zu unterdrücken.Here, an on-resistance Ron of the
In dieser Ausführungsform wird die Boot-Spannung Vboot derart variiert, dass sich auch der Durchlasswiderstand des NMOS-Transistors M1 ändert. Variiert jedoch beispielsweise die Boot-Spannung Vboot sinusförmig, so ist es möglich, als Mittelwert des Einschaltwiderstands des NMOS-Transistors M1 einen Wert zu erhalten, der einem Mittelwert einer Sinuswelle entspricht.In this embodiment, the boot voltage Vboot is varied such that the on-resistance of the NMOS transistor M1 also changes. However, for example, when the boot voltage Vboot varies sinusoidally, it is possible to obtain a value corresponding to an average value of a sine wave as an average value of the on-resistance of the NMOS transistor M1.
Darüber hinaus kann die Steuerung 2 im Hinblick auf eine Versorgungsspannung Vreg, die an einem Vor-Treiber 4 anliegt, die Versorgungsspannung Vreg zum Zeitpunkt des Einschaltens eines NMOS-Transistors M2 zeitlich variieren. Dementsprechend kann eine Anstiegszeit tr des NMOS-Transistors M2 zeitlich verteilt werden.In addition, with respect to a power supply voltage Vreg applied to a
<Zu der FFT-Analyse><To the FFT analysis>
Wie in der linken Darstellung von
Wie in der linken Darstellung von
Wie in der linken Darstellung von
Infolgedessen sind die Anstiegszeit tr und die Abfallzeit tf wie in den vorangegangenen Ausführungen zeitlich verteilt, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rauschen bei derselben Frequenz derart verringert wird, dass der Spektralwert des Rauschens reduziert werden kann.As a result, the rise time tr and the fall time tf are time-distributed as in the foregoing, thereby reducing the likelihood of noise occurring at the same frequency, so that the spectral value of the noise can be reduced.
<Andere Modifikationen><Other modifications>
Während das Vorstehende die erfindungsgemäßen Ausführungsformen beschrieben hat, können an den Ausführungsformen verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne von der Erfindungsidee der vorliegenden Erfindung abzuweichen.While the foregoing has described the embodiments of the present invention, various changes can be made to the embodiments without departing from the gist of the present invention.
Die vorstehenden Ausführungen können beispielsweise, solange es keine Unstimmigkeiten gibt, in jeder beliebigen Kombination umgesetzt werden.For example, the foregoing may be implemented in any combination as long as there are no inconsistencies.
Darüber hinaus kann im Schaltkreis 5 in jeder der vorgenannten Ausführungsformen ein PMOS-Transistor anstelle des NMOS-Transistors M1 auf der High-Seite verwendet werden. In diesem Fall reicht es aus, eine Spannung, die niedriger als die Eingangsspannung Vin ist, als Versorgungsspannung des Vor-Treibers 3 zu verwenden, so dass es nicht erforderlich ist, die Versorgungsspannung des Vor-Treibers 3 durch einen Bootstrap oder dergleichen zu erzeugen.Furthermore, in the
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Transistor-Treiberschaltung nicht auf einen DC/DC-Wandler vom Abwärtstyp beschränkt und ist auch auf Schaltnetzteilschaltungen anwendbar, einschließlich verschiedener Arten von DC/DC-Wandlern, wie z. B. Aufwärtswandler, Aufwärts- und Abwärtswandler, nicht isolierte und isolierte DC/DC-Wandler und einen DC/AC-Wandler (einen Inverter), und ferner auf andere Arten von Schaltungen als Stromversorgungsschaltungen.In addition, the transistor driving circuit of the present invention is not limited to a buck-type DC/DC converter and is also applicable to switching power supply circuits including various types of DC/DC converters such as e.g. B. boost converter, boost and buck converter, non-isolated and isolated DC / DC converter and a DC / AC converter (an inverter), and further to other types of circuits than power supply circuits.
Darüber hinaus ist ein Transistor, der von der erfindungsgemäßen Transistor-Treiberschaltung angesteuert wird, nicht auf einen MOSFET beschränkt und kann beispielsweise ein IGBT sein.In addition, a transistor that is driven by the transistor driving circuit of the present invention is not limited to a MOSFET and may be an IGBT, for example.
Industrielle AnwendbarkeitIndustrial Applicability
Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Erfindung kann zur Ansteuerung verschiedener Arten von Transistoren verwendet werden.The invention disclosed in the present specification can be used to drive different types of transistors.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Transistor-TreiberschaltungTransistor driver circuit
- 22
- Steuerungsteering
- 33
- Vor-Treiberpre-driver
- 44
- Vor-Treiberpre-driver
- 55
- Schaltkreiscircuit
- 66
- BootstrapBootstrap
- 1010
- DC/DC-WandlerDC/DC converter
- M1, M2M1, M2
- NMOS-TransistorNMOS transistor
- L1L1
- Induktorinductor
- C1C1
- Ausgangskondensatoroutput capacitor
- Cbcb
- Bootkondensatorboat capacitor
- D1D1
- Diodediode
- 31A bis 31C31A to 31C
- PMOS-TransistorPMOS transistor
- 3232
- NMOS-TransistorNMOS transistor
- SW1 bis SW4SW1 to SW4
- SchalterSwitch
- 3131
- PMOS-TransistorPMOS transistor
- 32A bis 32C32A to 32C
- NMOS-TransistorNMOS transistor
- SW11 bis SW14SW11 to SW14
- SchalterSwitch
- 41A bis 41C41A to 41C
- PMOS-TransistorPMOS transistor
- 4242
- NMOS-TransistorNMOS transistor
- SW21 bis SW24SW21 to SW24
- SchalterSwitch
- 4141
- PMOS-TransistorPMOS transistor
- 42A bis 42C42A to 42C
- NMOS-TransistorNMOS transistor
- SW31 bis SW34SW31 to SW34
- SchalterSwitch
- Cgd1 bis Cgd3Cgd1 to Cgd3
- Rückkopplungskapazitätfeedback capacitance
- S1, S2S1, S2
- SchalterSwitch
- Cgd11 bis Cgd13Cgd11 to Cgd13
- Rückkopplungskapazitätfeedback capacitance
- S11, S12S11, S12
- SchalterSwitch
- Sw1 bis Sw3Sw1 to Sw3
- SchalterSwitch
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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